Частина 1. Теплоутилізуючі пристрої
Використання тепла відпрацьованих газів
технологічних печей
Технологічні печі є найбільшими споживачами енергії на нафтопереробних та нафтохімічних підприємствах, у металургії, а також у багатьох інших галузях промисловості. На НПЗ у них спалюється 3 – 4 % від усієї нафти, що переробляється.
Середня температура димових газів на виході з печі зазвичай перевищує 400 °С. Кількість теплоти, що відноситься з димовими газами, становить 25 –30 % від усієї теплоти, що виділяється при згорянні палива. Тому утилізація тепла димових газів, що йдуть, технологічних печей набуває виключно великого значення.
При температурі відпрацьованих газів вище 500 °С слід застосовувати котли-утилізатори – КУ.
При температурі димових газів менше 500 ° С рекомендується застосовувати повітропідігрівачі - ВП.
Найбільший економічний ефект досягається за наявності двоагрегатної установки, що складається з КУ та ВП (у КУ гази охолоджуються до 400 °С і надходять у повітропідігрівач на подальше охолодження) – частіше застосовується на нафтохімічних підприємствах за високої температури димових газів.
Котли-утилізатори.
У КУ теплота димових газів використовується для отримання водяної пари.ККД печі підвищується на 10-15.
Котли-утилізатори можуть виконуватися вбудованими в конвекційну камеру печі або виносними.
Виносні котли утилізатори поділяються на два типи:
1) казани газотрубного типу;
2) казани пакетно-конвективного типу.
Вибір необхідного типу здійснюється в залежності від необхідного тиску пари, що отримується. Перші використовують при виробленні пари щодо низького тиску – 14 – 16 атм., другі – для вироблення пари тиском до 40 атм. (проте вони розраховані на початкову температуру димових газів близько 850 ° С).
Тиск пари, що виробляється, необхідно вибирати з урахуванням того, чи споживається вся пара на самій установці або є надлишок, який необхідно виводити в загальнозаводську мережу. В останньому випадку тиск пари в барабані котла необхідно приймати відповідно до тиску пари в загальнозаводській мережі для того, щоб виводити надлишок пари в мережу і уникати неекономічного дроселювання при виведенні її в мережу низького тиску.
Котли-утилізатори газотрубного типу конструктивно нагадують теплообмінники труба в трубі. Димові гази пропускаються через внутрішню трубуа водяна пара виробляється в міжтрубному просторі. Декілька таких пристроїв розташовується паралельно.
Котли-утилізатори пакетно-конвективного типу мають складнішу конструкцію. Принципова схема роботи КУ цього наведено на рис. 5.4.
Тут використовується природна циркуляція води та представлена найбільш повна конфігурація КУ з економайзером та пароперегрівачем.
Принципова схема роботи котла-утилізатора
пакетно-конвективного типу
Хімочищена вода (ХОВ) надходить у колону-деаератор видалення розчинених у ній газів (переважно кисню і діоксиду вуглецю). Вода стікає по тарілках вниз, а назустріч їй протитечією пропускається невелика кількість водяної пари. Вода нагрівається пором до 97 - 99 ° С і за рахунок зниження розчинності газів з підвищенням температури, основна їх частина виділяється і відводиться зверху деаератора в атмосферу. Пара, віддаючи своє тепло воді, конденсується. Деаерована вода знизу колони забирається насосом і нагнітається їм необхідний тиск. Вода пропускається через змійовик економайзера, в якому підігрівається майже до температури кипіння води при заданому тиску, і надходить у барабан (паросепаратор). Вода в паросепараторі має температуру, що дорівнює температурі кипіння води при заданому тиску. Через змійовики вироблення пари вода циркулює за рахунок різниці щільностей (природна циркуляція). У цих змійовиках частина води випаровується, і парорідинна суміш повертається в барабан. Насичена водяна пара відокремлюється від рідкої фази і відводиться зверху барабана в змійовик пароперегрівача. У пароперегрівачі насичена пара перегрівається до потрібної температури та відводиться споживачеві. Частина отриманої пари використовується для деаерації поживної води.
Надійність та економічність роботи КУ значною мірою залежить від правильної організаціїводного режиму. При неправильній експлуатації інтенсивно утворюється накип, протікає корозія поверхонь нагріву, відбувається забруднення пари.
Накип - це щільні відкладення, що утворюються при нагріванні та випаровуванні води. Вода містить гідрокарбонати, сульфати та інші солі кальцію та магнію (солі жорсткості), які при нагріванні перетворюються на бікарбонати і випадають в осад. Накип, що має на кілька порядків меншу, ніж метал, теплопровідність, призводить до зниження коефіцієнта теплопередачі. За рахунок цього знижується потужність теплового потоку через поверхню теплообміну і, природно, знижується ефективність роботи КУ (зменшується кількість пари, що виробляється). Температура димових газів, що відводяться з КУ, зростає. Крім того, відбувається перегрів змійовиків та їх пошкодження внаслідок зниження несучої здатностісталі.
Для попередження утворення накипу як живильну воду використовують попередньо хімочищену воду (можна брати на ТЕС). Крім цього проводиться безперервне та періодичне продування системи (видалення частини води). Продувка попереджає зростання концентрації солей у системі (вода постійно випаровується, а солі, що містяться в ній – ні, тому концентрація солей зростає). Безперервне продування котла зазвичай становить 3 – 5 % і залежить від якості поживної води (не повинна перевищувати 10 %, оскільки з продувкою пов'язана втрата тепла). При експлуатації КУ високого тиску, які працюють із примусовою циркуляцією води, додатково застосовують внутрішньокотлове фосфатування. При цьому катіони кальцію і магнію, що входять до складу утворюють накип сульфатів, зв'язуються з фосфатними аніонами, утворюючи сполуки малорозчинні у воді і випадають у товщі водяного об'єму котла, у вигляді шламу, що легко видаляється при продуванні.
Розчинені в поживній воді кисень та вуглекислий газ викликають корозію внутрішніх стінок котла, причому швидкість корозії зростає з підвищенням тиску та температури. Для видалення газів із води застосовують термічну деаерацію.Також мірою захисту проти корозії є підтримка такої швидкості в трубах, при якій бульбашки повітря не можуть утримуватися на поверхні (вище 0,3 м/с).
У зв'язку з підвищенням гідравлічного опору газового тракту та зниженням сили природної тяги виникає необхідність встановлення димососа (штучна тяга). При цьому температура димових газів не повинна перевищувати 250 °С, щоб уникнути руйнування цього апарату. Але що нижча температура відведених димових газів, то потужніший необхідно мати димосос (зростає споживання електроенергії).
Термін окупності КЗ зазвичай не перевищує одного року.
Повітропідігрівачі. Використовуються для підігріву повітря, що подається у піч на спалювання палива. Підігрів повітря дозволяє знизити витрату палива в піч (ККД підвищується на 10 - 15%).
Температура повітря після повітропідігрівача може досягати 300 – 350 °С. Це сприяє покращенню процесу горіння, підвищенню повноти згоряння палива, що є дуже важливою перевагою при використанні рідких високов'язких палив.
Також перевагами повітропідігрівачів порівняно з КУ є простота їхньої конструкції, безпека експлуатації, відсутність необхідності встановлювати додаткове обладнання (деаератори, насоси, теплообмінники тощо). Проте повітропідігрівачі при діючому співвідношенні цін на паливо і на водяну пару виявляються менш економічними, ніж КУ (ціна на пар у нас дуже висока – у 6 разів вища за 1 ГДж). Тому вибирати спосіб утилізації тепла димових газів потрібно, виходячи з конкретної ситуації на цій установці, підприємстві і т.д.
Застосовуються повітропідігрівачі двох типів: 1) рекуперативні(Передача тепла через стінку); 2) регенеративні(Акумулювання тепла).
Частина 2. Утилізація тепла вентиляційних викидів
На опалення та вентиляцію виробничих та комунально-побутових будівель та споруд витрачається велика кількість теплоти. Для окремих галузей промисловості (в основному легка промисловість) ці витрати досягають 70 - 80% і більше від загальної потреби в тепловій енергії. На більшості підприємств та організацій теплота повітря, що видаляється від систем вентиляції та кондиціювання не використовується.
Взагалі вентиляція використовується дуже широко. Системи вентиляції споруджуються у квартирах, громадських закладах (школах, лікарнях, спортклубах, басейнах, ресторанах), виробничих приміщеннях тощо. Для різних цілей можуть застосовуватися різні типивентиляційних систем. Зазвичай, якщо об'єм повітря, яке має замінятися в приміщенні в одиницю часу (м 3 /год), невеликий, то застосовується природна вентиляція. Такі системи реалізовані у кожній квартирі та більшості громадських установ та організацій. При цьому використовується явище конвекції - нагріте повітря (має знижену щільність) йде через вентиляційні отвори і відводиться в атмосферу, а на його місце, через нещільності у вікнах, дверях і т. д., підсмоктується свіже холодне (вища щільність) повітря з вулиці . При цьому неминучі втрати тепла, так як на підігрів холодного повітря, що поступає в приміщення, необхідна додаткова витрата теплоносія. Тому застосування навіть найсучасніших теплоізоляційних конструкцій та матеріалів під час будівництва не може повністю усунути теплові втрати. У наших квартирах 25 – 30 % теплових втрат пов'язано саме з роботою вентиляції, у всіх інших випадках ця величина набагато вища.
Системи примусової (штучної) вентиляціїзастосовуються за потреби інтенсивного обміну великих обсягів повітря, що зазвичай пов'язані з попередженням зростання концентрації небезпечних речовин (шкідливих, токсичних, пожежонебезпечних, мають неприємний запах) у приміщенні. Примусова вентиляція реалізується у виробничих приміщеннях, на складах, у сховищах с/г продуктів тощо.
Використовуютьсясистеми примусової вентиляції трьох типів:
Припливна системаскладається з повітродувки, що нагнітає свіже повітря в приміщення, припливного повітроводу та системи рівномірного розподілу повітря в обсязі приміщення. Надлишковий обсяг повітря при цьому витісняється через нещільність у вікнах, дверях і т.д.
Витяжна системаскладається з повітродувки, що відкачує повітря з приміщення в атмосферу, витяжного повітроводу та системи для рівномірного відведення повітря з об'єму приміщення. Свіже повітря в цьому випадку підсмоктується в приміщення крізь різні нещільності або спеціальні підводні системи.
Комбіновані системиє суміщені припливно-витяжні системи вентиляції. Використовуються, як правило, при необхідності інтенсивного обміну повітря у великих приміщеннях; при цьому споживання тепла на підігрів свіжого повітрямаксимально.
Застосування систем природної вентиляції та окремих систем витяжної та припливної вентиляції не дозволяє використовувати тепло повітря, що відводиться для підігріву свіжого повітря, що надходить у приміщення. При експлуатації комбінованих систем існує можливість утилізації тепла вентиляційних викидів для часткового підігріву припливного повітря і зниження споживання теплової енергії. Залежно від різниці температур повітря у приміщенні та на вулиці витрата тепла на підігрів свіжого повітря може бути знижена на 40 – 60 %. Підігрів може здійснюватися в регенеративних та рекуперативних теплообмінниках. Перші краще, оскільки мають менші габарити, металомісткість і гідравлічний опір, мають більшу ефективність і тривалий термін служби (20 - 25 років).
Повітропроводи підводяться до теплообмінних апаратів, і тепло передається безпосередньо від повітря до повітря через стінку, що розділяє, або насадку, що акумулює. Але в деяких випадках існує необхідність рознесення припливного і витяжного повітроводів на значну відстань. У такому випадку може бути реалізована схема теплообміну з проміжним циркулюючим теплоносієм. Приклад роботи такої системи при температурі в приміщенні 25 °С та температурі навколишнього середовища – 20 °С показаний на рис. 5.5.
Схема теплообміну з проміжним циркулюючим теплоносієм:
1 – витяжний повітропровід; 2 – припливний повітропровід; 3,4 - оребрені
трубчасті змійовики; 5 – трубопроводи циркуляції проміжного теплоносія
(як проміжний теплоносій у таких системах зазвичай використовуються концентровані водні розчини солей – розсоли); 6 – насос; 7 – змійовик для
додаткового підігріву свіжого повітря водяною парою або гарячою водою
Система працює в такий спосіб. Тепле повітря (+ 25 °С) з приміщення виводиться по витяжному повітроводу 1 через камеру, в якій встановлений оребрений змійовик 3 . Повітря омиває зовнішню поверхню змійовика і передає тепло холодному проміжному теплоносія (розсолу), що протікає всередині змійовика. Повітря охолоджується до 0 ° С і викидається в атмосферу, а підігрітий до 15 ° С розсіл трубопроводами циркуляції 5 надходить у камеру підігріву свіжого повітря на припливному повітроводі 2 . Тут проміжний теплоносій віддає тепло свіжому повітрі, підігріваючи його від – 20 до + 5 °С. Сам проміжний теплоносій при цьому охолоджується від + 15 до - 10 °С. Охолоджений розсіл надходить на прийом насоса і знову повертається до системи на рециркуляцію.
Свіже припливне повітря, підігріте до + 5 °С, може відразу вводитися в приміщення і підігріватись до необхідної температури (+ 25 °С) за допомогою звичайних радіаторів опалення, а може підігріватися безпосередньо у вентиляційній системі. Для цього на припливному повітроводі встановлюється додаткова секція, в якій розміщується оребрений змійовик. Усередині трубок протікає гарячий теплоносій (теплофікаційна вода або водяна пара), а повітря омиває зовнішню поверхню змійовика і нагрівається до + 25 °С, після чого тепле свіже повітря розподіляється в об'ємі приміщення.
Застосування такого способу має низку переваг. По-перше, внаслідок високої швидкості повітря в секції підігріву значно (у кілька разів) підвищується коефіцієнт теплопередачі в порівнянні зі звичайними радіаторами опалення. Це призводить до суттєвого зниження загальної металоємності системи опалення – зниження капітальних витрат. По-друге, приміщення не захаращується радіаторами опалення. По-третє, досягається рівномірний розподіл температур повітря обсягом приміщення. А при використанні радіаторів опалення у великих приміщеннях важко забезпечити рівномірне прогрівання повітря. У локальних областях повітря може мати температуру суттєво вище або нижче за норму.
Єдиний недолік – дещо підвищується гідравлічний опір повітряного тракту та витрата електроенергії на привід повітродувки. Але переваги настільки значні та очевидні, що попередній підігрівповітря безпосередньо у вентиляційній системі можна рекомендувати у переважній більшості випадків.
Для того, щоб забезпечити можливість утилізації тепла у разі використання систем припливної або витяжної систем вентиляції окремо, необхідно організувати централізоване відповідно відведення або підведення повітря через спеціально змонтовані димарі. При цьому необхідно усунути всі щілини та нещільності, щоб виключити некерований видування, або підсмоктування повітря.
Системи теплообміну між повітрям і свіжим, що видаляється з приміщення, можна використовувати не тільки для підігріву припливного повітря в холодну пору року, але і для охолодження його влітку, якщо приміщення (офіс) обладнане кондиціонерами. Охолодження до температур нижче за температуру навколишнього середовища завжди пов'язане з високими витратами енергії (електроенергії). Тому знизити витрату електроенергії на підтримку комфортної температури в приміщенні в жарку пору року можна попереднім охолодженням свіжого повітря, що відводиться холодним повітрям.
Теплові ВЕР.
До теплових ВЕР відноситься фізична теплота газів котелень, що відходять, і промислових печей, основної або проміжної продукції, інших відходів основного виробництва, а також теплота робочих тіл, пари і гарячої води, які відпрацювали в технологічних та енергетичних агрегатах. Для утилізації теплових ВЕР використовують теплообмінники, утилізатори або теплові агенти.Рекуперація теплоти відпрацьованих технологічних потоків в теплообмінниках може проходити через поверхню, що їх розділяє, або при безпосередньому контакті. Теплові ВЕР можуть надходити у вигляді концентрованих потоків теплоти або у вигляді теплоти, що розсіюється в навколишнє середовище. У промисловості концентровані потоки становлять 41%, а тепло, що розсіюється, – 59%. Концентровані потоки включають теплоту димових газів печей і котлів, що йдуть, стічних водтехнологічних установок та житлово-комунального сектору. Теплові ВЕР поділяються на високотемпературні (з температурою носія вище 500 ° С), середньотемпературні (при температурах від 150 до 500 ° С) та низькотемпературні (при температурах нижче 150 ° С). При використанні установок, систем, апаратів невеликої потужності потоки теплоти, що відводяться від них, складають невелику величину і розосереджені в просторі, що ускладнює їхню утилізацію через низьку рентабельність.
Мрієте, щоб у будинку був здоровий мікроклімат і в жодній кімнаті не пахло затхлістю та вогкістю? Щоб будинок був дійсно комфортним, ще на стадії проектування необхідно провести грамотний розрахунок вентиляції.
Якщо під час будівництва будинку упустити цей важливий момент, Надалі доведеться вирішувати цілу низку проблем: від видалення цвілі у ванній кімнаті до нового ремонту та установки системи повітроводів. Погодьтеся, не надто приємно бачити на кухні на підвіконні або в кутах дитячої кімнати розсадники чорної плісняви, та й заново поринати у ремонтні роботи.
У поданій нами статті зібрані корисні матеріали щодо розрахунку систем вентилювання, довідкові таблиці. Наведено формули, наочні ілюстрації та реальний прикладдля приміщень різного призначення та певної площі, продемонстрований у відеосюжеті.
При правильних розрахунках та грамотному монтажі вентилювання будинку здійснюється у відповідному режимі. Це означає, що повітря в житлових приміщеннях буде свіжим, з нормальною вологістю і без неприємних запахів.
Якщо ж спостерігається зворотна картина, наприклад, постійна задуха, у ванній кімнаті чи інші негативні явища, потрібно перевірити стан вентиляційної системи.
Галерея зображень
Висновки та корисне відео на тему
Ролик #1. Корисні відомості щодо принципів роботи системи вентилювання:
Ролик #2. Разом із відпрацьованим повітрям житло залишає і тепло. Тут наочно продемонстровано розрахунки теплових втрат, пов'язаних із роботою системи вентиляції:
Правильний розрахунок вентиляції - основа її благополучного функціонування та запорука сприятливого мікроклімату в будинку чи квартирі. Знання основних параметрів, на яких базуються такі обчислення, дозволить не тільки правильно спроектувати систему вентилювання під час будівництва, а й відкоригувати стан, якщо обставини зміняться.
Передісторія розвитку
Тепло повітря, що видаляється в атмосферу, є джерелом економії енергоресурсів. Не секрет, що на підігрів повітря, що надходить до будівлі, витрачається 40...80% тепловитрат. Тому ідея підігріву свіжого повітря за рахунок відпрацьованого не нова. Ще в Радянському Союзі безперервно велися роботи зі створення установок, які б дозволяли використовувати теплову енергію витяжного повітря. Але на жаль результати цих досліджень використовувалися лише у спеціальних проектах (промислового, оборонного призначення, наукового значення).
За кордоном причиною застосування, яка зумовлює початок застосування таких установок, стала перша енергетична криза. При цьому, пристрої утилізації теплової енергії повітря, що видаляється, спочатку проектувалися для використання в багатоквартирних житлових будинкахта котеджах. Як наслідок цього, сьогодні повітряне опалення повсюдно застосовується у Канаді та найближчих до неї штатах США. Так у Канаді не застосовуються водяні системи опалення.
У Росії утилізатори тепла масово почали застосовуватися з початком активного малоповерхового будівництва, коли у приватних забудовників почав з'являтися інтерес до енергоефективного обладнання, що енергозберігає.
Застосування електроенергії для опалення
Використання вентиляційної опалювальної техніки передбачає використання електроенергії для опалення. Донедавна застосування електроенергії для опалення було заборонено законодавчо. Це з політикою економії енергії, що у Радянському Союзі. З часу розпаду Радянського Союзубагато що змінилося.
В даний час, коли починають застосовувати нові матеріали і освоювати нові технології, думка фахівців про допустимість застосування електроенергії для опалення починає змінюватися. Введення в дію 2000 року нових норм, які вимагають покращення теплозахисту житлових будівель, сприяє цьому. Згідно з новими нормами, нормовані втрати тепла через зовнішні стіни скорочуються в 2,5-3,0 рази в порівнянні з нормами 1995 року. 
У майбутньому норми з теплозахисту та енергоефективності тільки посилюватимуться. У умовах зникне саме поняття інфільтрації повітря, приміщення будуть герметичними. У таких умовах застосування пристроїв утилізації тепла відкриються найширші перспективи.
Існуючі види рекуператорів
Справжня номенклатура утилізаторів тепла дуже різноманітна. Але все розмаїття можна звести до наступних типів: а) кожухотрубні та пластинчасті теплообмінники, у тому числі перехресноточні; б) роторні (регенеративні); в) теплові насоси із проміжним робочим тілом. Можливості більшості сучасних пристроїв дозволяють утилізувати і використовувати для підігріву повітря, що подається в приміщення, тільки 60% тепла відпрацьованого повітря. Для об'єктів з невеликим обсягом будівлі для того, щоб установка утилізатора тепла окупилася, необхідно, щоб ця цифра становила 90 %. 
Перспективний напрямок розвитку утилізаторів тепла
Збільшити ККД утилізаторів тепла дозволяє застосування наведеного нижче методу. Як відомо, теплоємність води найбільша порівняно з іншими рідинами. Теплоємність повітря в 4,5 рази нижча за теплоємність води. На використанні води заснована технологія ультра-дисперсії повітря, що видаляється у воді. Для того щоб збільшити швидкість передачі тепла від повітря, що видаляється, це повітря спеціальним чином пропускають через воду, створюючи бульбашки розміром з мікрон.
Швидкість передачі тепла збільшується оскільки мікронних розмірів бульбашки руйнують термічний опір поверхневого шару води. Застосування технології технологія ультра-дисперсії повітря, що видаляється у воді, дозволить використовувати 90-95% тепла повітря, що видаляється. Важливо, що рекуператор, побудований за вказаною технологією, має мінімальну кількість деталей, мінімальні розміри, він простий в експлуатації. 
Способи застосування утилізаторів тепла
- Перший спосіб застосування теплоутилізатора рекуперативного типу. При цьому має місце частковий підігрів повітря, що подається в приміщення.
- Другий спосіб – утилізація теплоти за допомогою теплових насосів.
- Третій спосіб - використання тепла повітря, що йде для підігріву води, що надходить. Система включає значного габариту водонагрівачі і акумулятори підігрітої води.
Сучасний стан справ у Росії з цього питання
Федеральним законом № 261-ФЗ «Про енергозбереження та підвищення енергетичної ефективності…» наказано знизити енергоємність інженерних систембудівлі. Постає завдання до 2020 року знизити енергоємність ВВП на 40% до рівня 2007 року. Така тенденція збільшення енергоефективності, поліпшення теплозахисту повсюдна.
Постановою Уряду Москви № 900 від 5 жовтня 2010 року «Про підвищення енергетичної ефективності житлових, соціальних та громадсько-ділових будівель у місті Москві…» встановлено рівень енергоспоживання, забезпечити неможливо без утилізації тепла.
Росія вступила до СОТ і зобов'язалася привести ціни на енергоносії для внутрішніх споживачів до рівня світових цін. У всьому світі питання енергоефективності, а як наслідок, питання утилізації тепла стоять дуже гостро. Уряди країн вводять у дію та домагаються виконання програм щодо покращення енергоефективності. Тому зі зростанням внутрішніх цін на енергоносії неминуче зростатиме інтерес до установок щодо утилізації тепла.
У «російській печі» нагрівалося припливне повітря, з цього прогрівалося житлове приміщення. У Європі систему опалення, де як у російській печі передбачалися канали, називали «російською». Цим визнано велику ефективність російської печі в порівнянні з європейським опаленням. В даний час можна говорити про необхідність повернутися до джерел у питаннях опалення.
Припливно-витяжна вентиляція з рекуперацією
У цій статті ми пропонуємо розглянути приклад використання сучасних утилізаторів тепла (рекуператорів) у вентиляційних установках, зокрема роторних.
Основні типи роторних утилізаторів (рекуператорів) у вентиляційних установках:а) конденсаційний ротор – утилізує переважно явне тепло. Перенесення вологи здійснюється, якщо витяжне повітря охолоджується на роторі до температури нижче за «точку роси».
б) ентальпійний ротор – має гігроскопічне покриття фольги, що сприяє перенесенню вологи. Таким чином утилізується повне тепло.
Розглянемо систему вентиляції, у якій працюватимуть обидва типи утилізатора (рекуператора).
Приймемо, що об'єктом розрахунку є група приміщень у певній будівлі, наприклад, у Сочі або Баку, розрахунок зробимо тільки на теплий період:
Параметри зовнішнього повітря:
температура зовнішнього повітря у теплий період, із забезпеченістю 0,98 – 32°С;
ентальпія зовнішнього повітря у теплий період року – 69 кДж/кг;
Параметри внутрішнього повітря:
температура внутрішнього повітря - 21 ° С;
відносна вологість внутрішнього повітря – 40-60%.
Необхідна витрата повітря на асиміляцію шкідливостей у цій групі приміщень становить 35000 м3/год. Промінь процесу приміщення – 6800 кДж/кг.
Схема розподілу повітря в приміщеннях - «знизу-вгору» низькошвидкісними розподільниками повітря. У зв'язку з цим (розрахунок прикладати не будемо, тому що він об'ємний і виходить за рамки теми статті, все необхідне у нас є), параметри повітря, що припливає і видаляється наступні:
1. Припливний:
температура - 20 ° С;
відносна вологість – 42%.
2. Видалений:
температура - 25 ° С;
відносна вологість – 37%
Побудуємо процес на I-d діаграмі (рис. 1).
Спочатку позначимо точку з параметрами внутрішнього повітря (В), потім проведемо через неї промінь процесу (звернемо увагу, що для даного оформленнядіаграм, початковою точкою променя є параметри t=0°C, d=0 г/кг, а напрямок вказується розрахованим значенням (6800 кДж/кг) зазначеним на кромці, далі отриманий промінь переноситься на параметри внутрішнього повітря, зберігаючи кут нахилу).
Тепер, знаючи температури припливного та витяжного повітря, ми визначаємо їх точки, знаходячи перетин ізотерм з променем процесу відповідно. Процес будуємо від зворотного, щоб отримати задані параметри припливного повітря опускаємо відрізок – нагрівання – по лінії постійного вмісту вологи до кривої відносної вологості φ=95% (відрізок П-П1).
Підбираємо конденсаційний ротор, що утилізує тепло повітря, що видаляється на нагрівання П-П1. Отримуємо коефіцієнт корисної дії (вважається за температурою) ротора близько 78% і розраховуємо температуру повітря, що видаляється У1. Тепер підберемо ентальпійний ротор, що працює на охолодження зовнішнього повітря (Н) отриманими параметрами У1.
Отримуємо, коефіцієнт корисної дії (вважається за ентальпією) близько 81%, параметри обробленого повітря на притоці Н1 і на витяжці У2. Знаючи параметри Н1 і П1, можна підібрати охолоджувач повітря, потужністю 332 500 Вт.
Зобразимо вентиляційну установку схематично із рекуператорами (рис. 2).
Тепер, для порівняння, підберемо іншу систему на ті ж параметри, але іншої комплектації, а саме: встановимо один конденсаційний ротор.
Тепер (рис. 3) нагрів П-П1 здійснюється електричним повітронагрівачем, а конденсаційний ротор забезпечить наступне: ефективність порядку 83%, температура обробленого припливного повітря (Н1) - 26°С. Підберемо охолоджувач повітря на необхідну потужність 478 340 Вт.
Потрібно відзначити, що для системи 1 потрібно менше потужності на охолодження і, на додаток до цього, не потрібні додаткові витрати енергоносія (в даному випадку - змінний струм) для другого підігріву повітря. Зробимо порівняльну таблицю:
| Порівнювані позиції | Система 1 (з двома утилізаторами) | Система 2 (з одним утилізатором) | Різниця |
| Споживання електродвигуна ротора | 320+320 Вт | 320 Вт | 320 Вт |
| Необхідна холодильна потужність | 332 500 Вт | 478 340 Вт | 145 840 Вт |
| Потужність на другий підігрів | 0 Вт | 151 670 Вт | 151 670 Вт |
| Потужність електродвигунів вентиляторів | 11+11 кВт | 11+11 кВт | 0 |
Резюмуючи
Ми наочно бачимо відмінності роботи конденсаційного та ентальпійного роторів, економію енерговитрат, пов'язаних із цим. Проте, слід зазначити, що принцип системи 1 може бути організований лише південних, спекотних міст, т.к. при рекуперації тепла в холодний період показники ентальпійного ротора не сильно відрізняються від конденсаційного.
Виробництво вентиляційних установок з роторними рекуператорами
Компанія "Аіркат Кліматехнік" багато років успішно здійснює розробку, проектування, виробництво та інсталяцію припливно-витяжних установок з роторними рекуператорами. Ми пропонуємо сучасні та нестандартні технічні рішення, які працюють навіть за найскладнішого алгоритму експлуатації та екстремальних умов.
Для того, щоб отримати пропозицію на систему вентиляції або кондиціювання, просто зверніться до будь-якої з
Сьогодні енергозбереження є пріоритетним напрямом розвитку світової економіки. Виснаження природних енергетичних запасів, підвищення вартості теплової та електричної енергії неминуче призводить до необхідності розробки цілої системи заходів, спрямованих на підвищення ефективності енергоспоживання установок. У цьому контексті зниження втрат і вторинне використання теплової енергії, що витрачається, стає дієвим інструментом у вирішенні поставленої проблеми.
В умовах активного пошуку резервів економії паливно-енергетичних ресурсів дедалі більшу увагу привертає проблема подальшого вдосконалення систем кондиціювання повітря як великих споживачів теплової та електричної енергії. Важливу роль у вирішенні цього завдання покликані відіграти заходи щодо підвищення ефективності роботи тепломасообмінних апаратів, що становлять основу підсистеми політропної обробки повітря, витрати на функціонування якої сягають 50% всіх витрат на експлуатацію ВКВ.
Утилізація теплової енергії вентиляційних викидів є одним із ключових методів економії енергетичних ресурсів у системах кондиціонування повітря та вентиляції будівель та споруд різного призначення. На рис. 1 наведено основні схеми утилізації теплоти витяжного повітря, що реалізуються на ринку сучасного вентиляційного обладнання.
Аналіз стану виробництва та застосування теплоутилізаційного обладнання за кордоном вказує на тенденцію переважного використання рециркуляції та чотирьох типів утилізаторів теплоти витяжного повітря: регенеративних, пластинчастих рекуперативних, що обертаються, на базі теплових труб і з проміжним теплоносієм. Застосування цих пристроїв залежить від умов роботи систем вентиляції та кондиціювання повітря, економічних міркувань, взаємного розташування припливних та витяжних центрів, експлуатаційних можливостей.
У табл. 1 наведено порівняльний аналіз різних схем утилізації теплоти витяжного повітря. Серед основних вимог з боку інвестора до теплоутилізаційних установок слід зазначити ціну, експлуатаційні витрати та ефективність роботи. Найбільш дешеві рішення характеризуються простотою конструкції і відсутністю частин, що рухаються, що дозволяє виділити серед представлених схем установку з перехресноточним рекуператором (рис. 2) як найбільш відповідну для кліматичних умов європейської частини Росії та Польщі.
Дослідження останніх роківу сфері створення нових та вдосконалення існуючих теплоутилізаційних установок систем кондиціювання повітря вказують на чітку тенденцію розробки нових конструктивних рішеньпластинчастих рекуператорів, вирішальним моментом при виборі яких є можливість забезпечення режимів безаварійної роботи установки в умовах конденсації вологи при негативних температурах зовнішнього повітря.
Температура зовнішнього повітря, починаючи з якої спостерігається утворення інею в каналах витяжного повітря, залежить від наступних факторів: температури і вологості повітря, що віддаляється, відношення витрат припливного і повітря, що видаляється, конструктивних характеристик. Зазначимо особливість роботи теплоутилізаторів при негативних температурах зовнішнього повітря: що вища ефективність теплообміну, то більше вписувалося небезпека появи инея лежить на поверхні каналів витяжного повітря.
У зв'язку з цим низька ефективність теплообміну в перехресно-точному теплоутилізаторі може виявитися перевагою з точки зору зниження небезпеки зледеніння поверхонь каналів витяжного повітря. Забезпечення безпечних режимів зазвичай пов'язане з реалізацією наступних традиційних заходів щодо запобігання обмерзанню насадки: періодичне відключення подачі зовнішнього повітря, його байпасування або попередній підігрів, здійснення яких безумовно знижує ефективність утилізації теплоти витяжного повітря.
Одним із шляхів вирішення цієї проблеми є створення теплообмінних апаратів, в яких обмерзання пластин або відсутнє, або настає при більш низьких температурахповітря. Особливістю роботи повітро-повітряних утилізаторів теплоти є можливість реалізації процесів тепломасоперенесення в режимах «сухого» теплообміну, одночасного охолодження та осушення повітря, що видаляється з випаданням конденсату у вигляді роси та інею на всій або частині теплообмінної поверхні (рис. 4).
Раціональне використання теплоти конденсації, величина якої при певних режимах роботи теплоутилізаторів досягає 30%, дозволяє суттєво збільшити діапазон зміни параметрів зовнішнього повітря, при яких зледеніння теплообмінних поверхонь пластин не відбувається. Однак рішення задачі визначення оптимальних режимів роботи розглянутих теплоутилізаторів, відповідних певним експлуатаційним і кліматичним умовам, та області його доцільного застосування, вимагає детальних досліджень тепломасообміну в каналах насадки з урахуванням процесів конденсації та інеутворення.
Як основний метод дослідження обрано чисельний аналіз. Він має і найменшу трудомісткість, і дозволяє визначити характеристики та виявити закономірності процесу на підставі обробки інформації про вплив вихідних параметрів. Тому експериментальні дослідження процесів тепломасопереносу в апаратах, що розглядаються, проводилися в значно меншому обсязі і, в основному, для перевірки та коригування залежностей, отриманих в результаті математичного моделювання.
При фізико-математичному описі тепломасообміну в досліджуваному рекуператорі було віддано перевагу одновимірної моделі перенесення (ε-NTUмодель). В цьому випадку перебіг повітря в каналах насадки розглядається як потік рідини з постійними за його перерізом швидкістю, температурою та потенціалом масопереносу, рівними середньомасовим значенням. З метою підвищення ефективності утилізації теплоти у сучасних теплообмінниках використовується ребра поверхні насадки.
Тип і розташування ребер значно впливає характер перебігу процесів тепломасообміну. Зміна температури за висотою ребра призводить до реалізації різних варіантівпроцесів тепломасообміну (рис. 5) у каналах повітря, що видаляється, що істотно ускладнює математичне моделювання та алгоритм розв'язання системи диференціальних рівнянь.
Рівняння математичної моделі процесів тепломасоперенесення в перехресно-точному теплообміннику реалізуються в ортогональній системі координат з осями ОX та ОY, спрямованими паралельно потокам холодного і теплого повітрявідповідно, і осями Z1 і Z2, перпендикулярної поверхні пластин насадки в каналах припливного і повітря, що видаляється (рис. 6), відповідно.
Відповідно до припущень даної ε-NTU-моделі тепломасоперенос в досліджуваному утилізаторі описується диференціальними рівняннями теплового і матеріального балансів, що складаються для взаємодіючих потоків повітря і насадки з урахуванням теплоти фазового переходу і термічного опору шару інею, що утворюється. Для отримання однозначного рішення система диференціальних рівнянь доповнюється граничними умовами, що встановлюють значення параметрів середовищ, що обмінюються, на входах у відповідні канали рекуператора.
Сформульована нелінійна задача може бути вирішена аналітично, тому інтегрування системи диференціальних рівнянь здійснювалося чисельними методами. Досить великий обсяг проведених чисельних експериментів, проведених на ε-NTU-моделі, дозволив отримати масив даних, використаний для аналізу характеристик процесу та виявлення його загальних закономірностей.
Відповідно до завдань дослідження роботи теплоутилізатора вибір режимів, що вивчаються, і діапазони варіювання параметрів потоків, що обмінюються, здійснювався так, щоб найбільш повно моделювалися реальні процеси тепломасообміну в насадці при негативних значеннях температури зовнішнього повітря, а також умови протікання найбільш небезпечних з точки зору експлуатації варіантів режимів роботи теплоутилізаційного обладнання. .
Подані на рис. 7-9 результати розрахунку режимів роботи досліджуваного апарату, характерних для кліматичних умов з низькою розрахунковою температурою зовнішнього повітря в зимовий період пори року, дозволяють судити про якісно очікувану можливість утворення трьох зон активного тепломасообміну в каналах повітря, що видаляється (рис. 6), що відрізняються за характером протікають у яких процесів.
Аналіз тепломасообмінних процесів, що протікають у цих зонах, дозволяє оцінити можливі шляхи реалізації ефективного вловлювання теплоти вентиляційного повітря, що видаляється, і зниження небезпеки утворення інею в каналах насадки теплообмінника на основі раціонального використання теплоти фазового переходу. На підставі проведеного аналізу встановлено граничні температури зовнішнього повітря (табл. 2), нижче за які спостерігається утворення інею в каналах витяжного повітря.
Висновки
Наведено аналіз різних схем утилізації теплоти вентиляційних викидів. Відзначено переваги та недоліки розглянутих (існуючих) схем утилізації теплоти витяжного повітря в установках вентиляції та кондиціювання повітря. На основі проведеного аналізу запропоновано схему з пластинчастим перехресноточним рекуператором:
- на базі математичної моделі розроблено алгоритм та програму розрахунку на ЕОМ основних параметрів тепломасообмінних процесів у досліджуваному теплоутилізаторі;
- встановлена можливість утворення різних зон конденсації вологи в каналах насадки утилізатора, у межах яких характер тепломасообмінних процесів суттєво змінюється;
- аналіз отриманих закономірностей дозволяє встановити раціональні режими роботи досліджуваних апаратів та області їх раціонального використання для різних кліматичних умов російської території.
УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ ТА ІНДЕКСИ
Умовні позначення: h дит - висота ребра, м; l дит — довжина ребра, м; t - температура, ° C; d - вологовміст повітря, кг/кг; ϕ - відносна вологість повітря, %; δ дит - товщина ребра, м; δ ін - товщина шару інею, м. н.
Індекси: 1 - зовнішнє повітря; 2 - повітря, що видаляється; e - на вході в канали насадки; реб - ребро; ін - іній, o - на виході з каналів насадки; ріс - точка роси; sat - стан насичення; w - стінка каналу.
